ІНСТИТУТ ГІГІЄНИ ТА МЕДИЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ ІМ. О. М. МАРЗЕЄВА

АМН УКРАЇНИ

ГОРВАЛЬ АЛЛА КОСТЯНТИНІВНА

УДК 614.777: 579.63.

ЗАКОНОМІРНОСТІ РОЗВИТКУ МІКРОБІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ФАСОВАНІЙ ВОДІ ТА УМОВИ ЇХ СТАБІЛІЗАЦІЇ

14.02.01 – гігієна

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

КИЇВ-2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України

Науковий керівник: доктор медичних наук Корчак Галина Іванівна, Інститут гі-

гієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України

завідуюча відділом медико-біологічних досліджень.

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, лауреат Державної премії України в

галузі науки і техніки Глоба Леонід Іванович, Інститут ко-

лоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН Укра-

їни, провідний науковий співробітник.

доктор медичних наук Станкевич Валерій Васильович, Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України, завідувач відділу гігієни грунту та очистки

населених місць

Провідна установа: Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця

МОЗ України, кафедра комунальної гігієни та екології

людини, м. Київ

Захист відбудеться “14” жовтня 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.604.01 Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України за адресою: 02094, м. Київ, вул. Попудрен- ка 50.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України за адресою: 02094, м. Київ, вул. Попудренка 50.

Автореферат розісланий “ 13 ” вересня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Селезньов Б.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні невпинно збільшується виробництво та споживання фасованої питної води. В той же час до сьогодні в країні не існує нормативних та законодавчих документів, які дійсно гарантували б високу якість такої води (Стрикаленко Т.В, 2000; Шестопалов А.М, Сердюк А.М, Набока М.В, 2004). Можна вважати, що з низки невирішених питань, які стосуються вимог до якості фасованих питних вод, найбільш складним є нормування за мікробіологічними показниками, тобто отримання води стабільної в мікробіологічному відношенні (Mossel D., Struijk C., 2004; Zhao Q., Shu W., Gao J., 2004). Однією з причин такої ситуації являється здатність мікроорганізмів розмножуватися при мінімальних кількостях поживного субстрату і відсутності консервантів. Розмноженню мікроорганізмів у воді сприяє невпинне збільшення забруднення неорганічними та органічними сполуками не тільки поверхневих, але й підземних вод. При дослідженні якості фасованих питних вод, що реалізуються в Україні, за мікробіологічними показниками, все більше зростає актуальність даної проблеми, оскільки в значній частині проб виявлені активні мікробіологічні процеси, кількість мікроорганізмів в 1 см3 води сягала десятків і сотень тисяч (Корчак Г.І., Горваль А.К., 2001, 2002). Таким чином, правомірно ставити завдання вивчення процесів розвитку мікроорганізмів у фасованій воді та встановлення основних факторів, які можуть впливати на її якість.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках НДР “Дослідження закономірності розвитку мікробіоло-гічних процесів в бутильованій питній воді та розробка критерію її безпеки за мікробіологічними показниками”, № державної реєстрації 0102U002435.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи було дослідити закономір-ності розвитку мікробіологічних процесів у фасованій питній воді та умови їх стабілізації в цілях безпеки для споживача. Для досягнення поставленої мети вважали за доцільне вирішення наступних завдань:

- вивчення якості фасованих вод, що споживає населення України, за мікробіологічними показниками;

- дослідження динаміки розвитку мезофільно-аеробних та факультативно- анаеробних мікроорганізмів (МАФАМ) та представників родини Enterobacte-riaceae у фасованій воді різної якості;

- визначення роду та виду мікроорганізмів, що переважають у фасованій воді даного складу;

- встановлення головних факторів, що впливають на динаміку та строки вижи-вання мікроорганізмів у фасованій воді;

- визначення концентрації ендотоксинів, що утворюються у воді в процесі розмноження мікроорганізмів;

- виявлення дії ендотоксинів та продуктів метаболізму мікроорганізмів на біологічні об’єкти;

- обгрунтування заходів щодо попередження розвитку мікроорганізмів та кри-теріїв безпеки фасованої води для споживання за мікробіологічними показни-ками.

Об’єкт дослідження. Об’єктом дослідження були динаміка розвитку мікроорганізмів, які розвиваються у питній фасованій негазованій воді, що реалізується в торгівельній мережі України, мікробний біоценоз, зміна видо-вого складу, динаміка накопичення бактеріальних ендотоксинів, які утворюва-лись під час життєдіяльності мікроорганізмів, дія продуктів метаболізму на біологічні об’єкти, а також вплив фізико-хімічних факторів на мікробіологічні процеси.

Предмет дослідження. Предметом дослідження були проби питної негазованої води, гетеротрофні мікроорганізми, умовно-патогенні мікроорганіз-ми, стандартні тест-штами мікроорганізмів, бактеріальні ендотоксини, біологіч-ні об’єкти.

Методи дослідження. При виконанні роботи застосовувалися мікро-біологічні, біохімічні, хімічні методи дослідження, а також біотестування. Обробка результатів проводилась з використанням статистичних методів.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше запропонована концепція розгляду фасованої води як моделі замкненого водного простору, в якому складаються сприятливі умови для розвитку мікробіологічних процесів: відносна стабільність хімічного складу води, температури та тривалі строки зберігання. Стабільність умов заселення мікроорганізмів сприяє їх розмноженню, обумовлює закономірності розвитку мікробіологічних процесів, які полягають у зміні видового складу, зменшенні його різноманітності та накопиченні продуктів метаболізму.

Доведена найбільша активність мікробіологічних процесів у перші чоти-ри місяці від дати виготовлення за рахунок гетеротрофних мікроорганізмів, які розвиваються при температурі 220С за 72 год. інкубації. Швидкість розмноження бактерій найбільше залежить від концентрації органічних сполук азоту та кремнію. Розмноження мікроорганізмів призводить до накопичення ендотоксинів та інших продуктів метаболізму і розпаду клітин, які мають токсичну біологічну дію, виявлену методом біотестування.

Практичне значення отриманих результатів.

Вперше визначена якість фасованої води, яка реалізується в Україні за мікробіологічними показниками. Встановлена найбільша залежність мікробіо-логічних процесів від концентрації органічних сполук азоту, що вимагає впровадження процесів водопідготовки, спрямованих, перш за все, на очистку води від органічних сполук. Доведена провідна роль хімічного складу води в розвитку мікробіологічних процесів, активність яких пролонгована в часі, але не залежить від температури зберігання води в діапазоні 40С – 220С.

Виявлена пригнічуюча дія тари-ПЕТ на мікроорганізми, що дозволяє рекомендувати у схему санітарно-гігієнічної оцінки виробів з полімерних матеріалів включити як експрес-метод вивчення їх дії на гетеротрофну сапрофітну та умовно-патогенну мікрофлору води.

Показана можливість використання похідних полігексаметиленгуанідину при обробці бутлів та кришок для пригнічення розвитку мікроорганізмів, що може слугувати підставою для розробки тари з бактеріостатичною активністю.

Розроблено метод виявлення консервантів у фасованій воді.

Результати досліджень використані при написанні ДСанПіНу “Вода питна фасована. Гігієнічні вимоги та контроль за якістю”, проект 2004 р.

Публікації результатів роботи в пресі та фахових періодичних виданнях сприяли залученню громадськості, радіо та телебачення до обговорення стану якості фасованої води в Україні, що дало позитивний результат. Моніторинг 2003 р. показав, що кількість нестандартних проб з 32% знизився до 14%. Було поставлено питання про необхідність розробки національної нормативної документації стосовно якості фасованої води та санітарно-гігієнічних вимог до умов виробництва даної продукції.

Особистий внесок здобувача. Автором проведено критичний аналіз наукової літератури з проблем дисертаційного дослідження, самостійно прове-дені всі експериментальні досліди, за виключенням досліджень хімічного скла-ду проб води та біотестування, які проводилися фахівцями Інституту колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України і за обсягом всіх виконаних досліджень становлять не більше 5%. Дисертант особисто провела первинну обробку результатів, аналіз та узагальнення матеріалу і написання всіх розділів роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертаційної роботи представлені та обговорені на: 5-му міжнародному конг-ресі “Экватэк-2002” (Москва, 2002), міжнародному водному форумі “Аква Україна-2003” (Київ, 2003); круглому столі “Яку воду пити ? Пляшковану ? (Київ, 2003 р.)”, міжнародному форумі “Мир чистой воды” (Москва, 2004), 2-му міжнародному форумі “Аква-Україна-2004” (Київ, 2004), 6-му міжна-родному конгресі “Экватэк-2004” (Москва, 2004), круглому столі “Вода як життєва необхідність” (Київ, 2004), розширеній Колегії Державної санепід-служби України “Про дотримання вимог санітарного законодавства у забезпе-ченні населення доброякісною питною водою” (Київ, 2004), міжнародному симпозіумі “Информационные технологии и общество 2005” (Італія, Сицілія, 2005); засіданні Ради гігієністів м. Києва “Мікробіологічні показники забруднення фасованої води” (Київ, 2005), участь в телевізійних програмах 2002-2004 р.р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 робіт: 4 статті у фахо-вих наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, деклараційний патент, 1 стаття у фаховому науковому виданні, рекомендованому ВАК Росії.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, огляду літератури, розділу, що присв’ячений опису матеріалів та методів досліджень, п’ятьох розділів власних досліджень, аналізу та узагальнення отриманих результатів, висновків та списку використаних джерел, який включає 149 посилань (з них 51 країн СНД та 98 іноземних).

Дисертація викладена на 172 сторінках, ілюстрована 24 таблицями та 38 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Огляд літератури. Даний розділ містить аналітичний огляд літератури з питань якості фасованої води за мікробіологічними показниками, впливу на динаміку мікробіологічних процесів у фасованій воді фізичних та хімічних факторів та вимог до якості фасованої води за мікробіологічними показниками та сферою застосування.

Розділ 2. Матеріали і методи досліджень. У цьому розділі представлено матеріали, методи та обсяг досліджень, які застосовувалися для вирішення поставлених завдань. Предметом дослідження були проби фасованої питної негазованої води, що реалізується в торгівельній мережі України. Проби води відбиралися з торгівельних точок різних регіонів України та аналізувались за наступними показниками:

- загальне мікробне обсіменіння (ЗМО) в колонієутворючих одиницях (КУО) в 1 см3, що виростають за температури 370С протягом 24 год. та за температури 220С протягом 72 год.; індекс бактерій групи кишкових паличок (БГКП) та E. coli в 1 дм3. Дослідження проводились згідно ГОСТ 18963-73 “Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа”;

- наявність P. aeruginosa в 1 дм3 води проводили методом мембранної фільтрації згідно “Методические рекомендации. Обнаружение и идентификация Pseudo-monas аeruginosa в объектах окружающей среды (пищевых продуктах, воде, сточных жидкостях), ( Москва, 1986);

- кількість дріжджевих та пліснявих грибів в 300 см3 води, випробування проводили методом мембранної фільтрації згідно ГОСТ 10444.12-88 “Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и плесневых грибов” (Москва, 1988);

- кількість бактеріальних ендотоксинів в 1 см3 води визначали за допомогою ЛАЛ-тесту. Суть методу полягає у напівкількісному визначенні бактеріальних ендотоксинів. В основі цього методу лежить процес фізико-хімічної взаємодії ендотоксинів з лізатом клітин (амебоцитів) крові мечехвостів, в результаті якої проходить утворення гель-тромбу. Методику виконували у відповідності з п.2.6.14. “Бактеріальні ендотоксини” ДФ України 2001 р.;

- наявність умовно-патогенних та патогенних мікроорганізмів, вивчення зміни видів мікроорганізмів при зберіганні води. Застосовувались загальноприйняті мікробіологічні методики виявлення мікроорганізмів. Ідентифікацію мікроор-ганізмів проводили за стандартними схемами та біохімічними властивостями штамів, а також з використанням ідентифікаційних тестів API фірми “bioMerieux”, Франція;

- біотестування проб фасованої води проводили за критеріями: загальної токсичної дії та цитотоксичної дії на рослинах (цибуля), хребетних (риба), безхребетних (гідра, церіодафнія); генотоксичної дії на клітинному рівні за мікроядерним тестом на цибулі;

- характеристика хімічного складу води базувалась на основі визначення органолептичних, узагальнених неорганічних та органічних компонентів (біля 40 показників);

- статистична обробка результатів здійснювалась за допомогою загальновідо-мого методу Стьюдента (t), дисперсійного та непараметричного методу знаків (Z). Із дисперсійного аналізу застосовувався двохфакторний (Д.Сепетлиева, Т. Пасналева, 1968). Визначалась дія двох факторів на число мікроорганізмів у воді: експозиція та концентрація кремнію. Достовірність оцінювали за критерієм Фішера (А.М. Мерков, Е.Л. Поляков, 1974). Використано також непараметричний метод знаків. Він дав змогу оцінити напрямок змін серед порівняльних напарників (збільшення (t), зменшення (-)) та достовірність цих змін. При проведенні розрахунків використовували також статистичні методи з використанням програми Excel (С.Н. Лапач, А.В. Чубенко, П.Н. Бабич, 2000). Для оцінки впливу температури була розроблена математична модель динамічної зміни кількості мікроорганізмів для всіх режимів зберігання води. Параметри моделей визначалися в “STATISTICА 6.0” за методом найменших квадратів з використанням режимів нелінійного підрахунку функцій. При розробці методики по виявленню консервантів у воді також використаний статистичний пакет “ STATISTICА 6.0”. Застосовували метод кореляційного аналізу, а саме, кореляційний аналіз для оцінки зміни мікроорганізмів у часі, регресійний лінійний аналіз для побудови моделей зміни мікроорганізмів у часі. Активність мікробіологічних процесів визначали як площу по довжині регресії в межах експерименту. Співвідношення активності визначали за співвідношенням процесів, які йшли в контрольній пробі. При відображенні ЗМО в графічному матеріалі використовували їх значення, переведені в десяткові логарифми (lg).

Обсяг виконаних досліджень. Виконані експериментальні дослідження включали:

- оцінку якості фасованої питної негазованої води за мікробіологічними показ-никами. Проаналізовано 120 проб води. По цьому розділу виконано 720 дослід-жень;

- вивчення динаміки розвитку мікроорганізмів. Досліджено 49 проб. Всього проведено 1318 досліджень;

- визначення зміни видів мікроорганізмів у фасованій воді при її зберіганні та наявності органічних сполук азоту, фосфору та вуглецю. Досліджено 49 проб, виділено та проведено ідентифікацію 101 штама мікроорганізмів. Всього проведено 275 досліджень;

- вивчення впливу хімічного складу води на мікробіологічні процеси. Всього проведено 1997 досліджень;

- вивчення впливу температури на динаміку розвитку мікроорганізмів. Прове-дено 374 дослідження;

- вивчення впливу тари на розвиток мікробіологічних процесів. Проведено 183 дослідження;

- дослідження динаміки утворення ендотоксинів та можливої дії продуктів метаболізму на біологічні об’єкти. Всього проведено 620 досліджень у тому числі 120 по визначенню бактеріальних ендотоксинів;

- розробка методики виявлення консервантів у фасованій питній воді. Проведе-но 733 дослідження.

Розділ 3. Аналіз якості фасованої води, яка розповсюджується торгівельною мережею України, за мікробіологічними показниками. Протягом двох років досліджено 120 проб питної фасованої негазованої води, а саме: за 2002 рік – 50 проб, за 2003 рік – 70 проб. При цьому проаналізовано води 74 різних виробників, з них – 68 вітчизняних та 6 закордонних. У пробах води визначали: ЗМО при 370С за 24 год. інкубації та при 220С за 72 год. інкубації; індекс БГКП; наявність P.aeruginosa; кількість дріжджевих та плісня-вих грибів.

Виявлено, що якість фасованих вод, які реалізуються торгівельною мережею України, є незадовільною. Результати представлені в табл. 1.

Таблиця 1

Невідповідність проб фасованої питної води за мікробіологічними показниками за 2002 – 2003 р.р.

Нормативний документ та показники | Відсоток невідповідності проб води

2002 р. | 2003 р.

ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигие-нические требования и контроль за ка-чеством” (за сумою мікробіологічних показників) |

32 |

14

ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигие-нические требования и контроль за ка-чеством” (індекс БГКП) |

16 |

10

ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигие-нические требования и контроль за ка-чеством” (ЗМО – 370С-24 год.) |

18 |

4

Директива ЄС-98/83 щодо якості води, що призначена для вживання людиною (фасована вода, ЗМО – 220С-72 год.) |

86 |

62

Особливу увагу привертає факт невідповідності проб, що досліджу-вались, за індексом БГКП. Це один з основних показників, який гарантує безпеку води в епідемічному відношенні. Цей показник коливався від <3 до максимального значення 150. При дослідженні проб на дріжджеві та плісняві гриби було виявлено, що в 2002 р. 14% випадків загальна кількість грибів перевищувала 100 КУО/300 см3, максимальні значення: 617, 637, 1490 КУО/см3. Проте не виявлено прямої кількісної залежності кількості грибів від ЗМО та інших показників, які визначались. P. aeruginosa в 1 дм3 при дослідженні проб жодного разу не виявлені.

Також викликає занепокоєння факт накопичення у фасованій воді висо-ких значень ЗМО, особливо ЗМО (220С-72 год.). Так, Директивою Ради ЄС 98/83 для фасованої води встановлені такі нормативи: ЗМО (370С-24 год.) не більше 20 КУО/см3, ЗМО (220С-72год.) не більше 100 КУО/см3. Результати досліджень фасованих вод, що реалізуються в Україні, засвідчили відхилення за вказаними показниками відповідно 46% та 86%.

Всі вище приведені факти констатують незадовільну якість фасованої питної води, яка розповсюджується торгівельною мережею України, що свідчить про необхідність розробки вимог та комплексу заходів щодо підвищення якості даного виду продукції. Особливо високими були значення ЗМО (220С - 72 год.), яке насьогодні не контролюється офіційно затвердже-ними нормативними документами в Україні. В той же час чисельність цих мікроорганізмів у воді (сотні тисяч в 1 см3) не можна вважати безпечною для організму людини.

Розділ 4. Вивчення динаміки розвитку мікроорганізмів, зміни їх роду та видів у пробах питної фасованої води при зберіганні її до одного року.

Для вивчення закономірностей розвитку мікробіологічних процесів у фасованій воді важливим є аналіз динаміки розвитку мікроорганізмів та спостереження за зміною їх складу при зберіганні проб води. Тому метою да-ного розділу досліджень було вивчення кількісного та якісного складу мікроорганізмів фасованої питної води з моменту виготовлення до кінцевого терміну зберігання: 6 –12 місяців.

Першим етапом було вивчення мікробіологічних процесів у фасованій воді, яка видобута з Юрського водоносного горизонту. Технологією водопідго-товки не передбачено внесення консерванту. Проведено дослідження трьох серій води - А, В, С, виготовлених на протязі одного місяця. Отримані результати подані на рис. 1.

Отже, як витікає з наведених даних, для всіх трьох серій досліджуваної води даного хімічного складу збільшення кількості мікроорганізмів йшло до одного місяця від дати виготовлення, потім спостерігався поступовий спад росту бактерій аж до 4-го місяця включно, після чого їх розвиток знову активізувався. Тобто, отримані результати свідчать, що вода після водопідготовки у своєму складі мала достатню кількість органічних сполук для живлення та розмноження мікроорганізмів, хоча за показниками перманганат-ної окислювальності та органічного вуглецю вона значно краща вимог, які пред’являються до питної води централізованого водопостачання (табл. 2).

Таблиця 2

Показники органічних сполук у воді

Серії води | Перманганатна окислюваність, мг/дм3 | Органічний вуглець, мг/дм3

А | 0,8 | 0,9

В | 0,8 | 1,0

С | 2,0 | 2,4

Ідентифікація виділених штамів мікроорганізмів дозволила дати більш повну оцінку воді з санітарно-гігієнічних та епідеміологічних позицій. Ідентифіковані наступні штами мікроорганізмів: Alcaligenes faecalis, Enterobacter agglomerans, Acinetobacter sp., які відносяться до умовно-патогенних. Переважали грамнегативні бактерії.

Серія А

Серія В

Серія С

Рис. 1 Динаміка загальної кількості мікроорганізмів (220С-72 год.) в у воді серій А, В, С

Таким чином, наведені дані свідчать про присутність у фасованій воді мікроорганізмів, які відіграють певну роль в інфекційній патології людей. Кількісна характеристика цих штамів у воді, що досліджувалася, вказує на наявність у ній сприятливих умов для їх виживання та розмноження.

На другому етапі спостережень досліджено динаміку розвитку мікроорганізмів у 49 пробах фасованої води. Проби доставлялися з різних регіонів України. Було встановлено, що мікроорганізми у фасованих водах бурхливо розмножувалися лише в перші місяці від дати її виготовлення, після чого активність мікробіологічних процесів спадала і чисельність гетеротрофних мікроорганізмів значно зменшувалась. Так виявлено, що в 42 пробах (95,45%) загальне мікробне обсіменіння після 4 місяців спостереження і до 1 року від дати виготовлення різко зменшувалось. Результати розвитку мікробіологічних процесів по місяцях відображені на рис.2. Максимальні значення становили: ЗМО (370С-24 год.) – 60 тис. КУО/см3, ЗМО (220С-72 год.) – 290 тис. КУО/см3

Проби, в яких пік розмноження припадав:

1 – на 1-й місяць від дати виготовлення;

2 - на 2-й місяць від дати виготовлення;

3 – на 3-й місяць від дати виготовлення; | 4 – на 4-й місяць від дати виготовлення;

5 – на 5-й місяць від дати виготовлення;

7 - на 9-й місяць від дати виготовлення

6 – ЗМО в пробах протягом всього часу спостережень практично рівнялась нулю;

Рис. 2 Відсоткове співвідношення проб води за максимальним розвитком мікроорганізмів під час їх зберігання до 1 року

В цих же 49-ти пробах води, окрім вивчення розвитку мікробіологічних процесів, спостерігали за зміною видів мікроорганізмів. Було виділено та вивчено 45 штамів мікроорганізмів, серед них Pseudomonas stutzeri, Candida famata, Сandida glabrata, Stenotrophomonas maltophilia, Alcaligines faecalis, Enterobacter agglomerans, Acinetobacter sp., Aspergillus niger, Klebsiella. Проведеними дослідженнями також встановлено, що серед виділених бактерій переважали грамнегативні. Виявлено, що найбільш різноманітний склад бактерій у пробах води спостерігався на початку досліджень. До кінця спостереження (12 місяців від дати виготовлення), склад мікроорганізмів суттєво змінювався, і, як правило, одні види бактерій витісняли інші, що призводило до одноманітності видів мікроорганізмів. Селективну перевагу мали плісняві гриби. Більшість з виділених штамів мікроорганізмів є умовно-патогенними і можуть становити загрозу здоров’ю населення, особливо небезпечні вони для людей з ослабленим імунітетом, хронічними захворю-ваннями, похилого віку та дітей.

Розділ 5. Вплив фізико-хімічних факторів на мікробіологічні процеси у фасованій воді.

5.1. Вивчення впливу хімічного складу води на мікробіологічні процеси.

Дослідження стосовно впливу хімічного складу води на мікробіологічні процеси проводилися в декілька етапів. Для першого етапу були відібрані 5 проб води, які протягом 12 місяців від дати виготовлення вивчались за мікробіологічним складом. У різних за якістю в мікробіологічному відношенні пробах води були визначені наступні хімічні показники: амоній, нітрити, нітрати, фосфати, поліфосфати, загальний органічний вуглець (ЗОВ). Отримані результати наведені в табл.3.

Таблиця 3

Дослідження проб води за хімічними показниками

Проба води | Амоній,

мг/дм3 | Нітрити,

мг/дм3 | Нітрати,

мг/дм3 | Фосфати,

мг/дм3 | Поліфосфати, мг/дм3 | ЗОВ,

мг/дм3

2 | 0,78 | 0,132 | <0,5 | 0,01 | 0,02 | 3,8

3 | <0,05 | 0,014 | <0,5 | 0,01 | 0,03 | 2,2

35 | <0,05 | <0,002 | <0,5 | 0,02 | 0,02 | 1,2

49 | 0,08 | <0,002 | 1,1 | 0,02 | <0,01 | 5,2

55 | 1,5 | <0,002 | 4,3 | 0,01 | 0,04 | 1,1

Проба № 2 – з вище приведених проб води вона є найбільш забрудненою в мікробіологічному відношенні (ЗМО 370С - 10 тис. КУО/ см3, 220С - 600 тис. КУО/см3, досить високі значення ЗМО спостерігались до кінця терміну експозиції), в хімічному відношенні в неї виявлено саме високе значення нітритів та загального органічного вуглецю, високий вміст амонію. Хімічні показники вказують на можливість інтенсивного розвитку мікробіологічних процесів у даній воді. Проба № 3 - максимальні значення ЗМО 370С - 10 тис. КУО/см3, 220С – 50 тис. КУО/см3, до кінця терміну експозиції їх значення зменшились до 900 КУО/ см3 та відповідно 938 КУО/см3. Менша інтенсивність розвитку мікроорганізмів порівняно з пробою № 2 корелює з хімічними показниками. Незначна кількість нітратів також вказує на незавершеність мінералізації групи азоту. Проба № 35 – ЗМО майже протягом всього періоду спотережень рівнялось 0 КУО/см3 води, що підтверджують отримані хімічні показники. Проба № 49 – ЗМО 370С – практично були нульовими, ЗМО при 220С – початок спостережень 1200 КУО/см3, 4-9-й місяць - спад до 10 КУО/см3, 11-12-й місяць – 1072-832 КУО/см3. Аналіз динаміки розвитку мікроорганізмів, а також хімічні показники (нітрити <0,002 мг/дм3, нітрати – 1,1 мг/дм3 ) свідчать про завершеність фази мінералізації азоту, а наявність високої концентрації сполук органічного вуглецю (5,2 мг/дм3), вказує на те, що вони представлені вуглецем, який важко засвоюється мікроорганізмами. Проба № 55 - ЗМО на початку та в кінці експозиції при 370 С відповідно складало - 1700 – 50 КУО/см3 (протягом всього періоду тримались досить високі значення – до 1 тис. КУО/см3), ЗМО на початку та в кінці експозиції при 220 С - 12240 – 5520 КУО/см3 (під час всього періоду тримались досить високі значення) відноситься до проб, де інтенсивно проходила мінералізація сполук азоту (нітрати на рівні 4,3 мг/дм3). ЗОВ на низькому рівні 1,1 мг/дм3. В той же час у воді присутній амоній, що дає підставу передбачати наявність асоціацій мікроорганізмів, серед яких йде зміна видового складу з різним рівнем активності щодо утилізації азоту.

На другому етапі досліджень вивчено 12 різних проб води за мікробіологічними та хімічними показниками. Встановлена кореляція між кількістю мікроорганізмів у пробах води з кількістю амонію (коефіцієнт коре-ляції 0,98; p<0,01), нітритів (коефіцієнт кореляції 0,98; p<0,01) та кремнію (ко-ефіцієнт кореляції 0,52; p<0,01). Аналогічного впливу органічного вуглецю, фо-сфатів чи калію, які відносяться до біогенів, не встановлено. Оскільки метою даного розділу досліджень було виявлення впливу хімічного складу фасованої води на розвиток в ній мікроорганізмів, то був проведений аналіз результатів хімічного складу води тих проб, в яких загальне обсіменіння мікроорганізмами, що розвиваються при 220С за 72 год., не перевищувало 100 КУО/см3 за 9 мі-сяців спостереження. Таких проб із 120, що досліджувались, виявлено 19 (15,8%). Відсутність у них мікробіологічних процесів дає нам підставу вважати, що визначені середні значення (мг/дм3) іонів амонію <0,05, нітритів <0,01, нітратів - 0,65, фосфатів – 0,03, ЗОВ – 1,8 та кремнію – 6,0 можуть слугувати орієнтиром вимог за хімічним складом до фасованої води високої якості.

5.2. Дія температурного фактора на динаміку розвитку мікроорганізмів.

Вивчена динаміка розвитку мікроорганізмів у фасованій воді різного хімічного складу в умовах її зберігання при 40С, 220С та 300С. Встановлено, що мезофільні мікроорганізми можуть довго зберігатися при всіх температурних режимах. Ця обставина вимагає від виробників застосовувати комплекс заходів для попередження попадання у воду даної групи мікроорганізмів. Психрофільна група бактерій однаково зберігалась і могла розмножуватись як при 40С, так і при 220С. Температура близько 300С є несприятливим фактором, оскільки сприяла розмноженню мікроорганізмів, на що необхідно звертати особливу увагу в літній період. Крім того, даними дослідженнями показано, що мікроорганізми досить чітко реагують на умови водного середовища (хімічний склад, температура). Невибагливість гетеротрофних бактерій до поживного субстрату, а також наявність сприятливих для розмноження мікроорганізмів умов середовища існування (замкнутий простір) вимагають при виробництві негазованої питної води використання технологій водопідготовки, які спрямовані на максимальну очистку води від мікроорганізмів і органічних сполук. Наявність останніх відіграє головну роль у життєдіяльності мікроорганізмів, їх розмноження не залежало від температури зберігання в діапазоні 4 - 220С.

5.3. Вплив тари на розвиток мікробіологічних процесів.

Дослідженнями даного розділу показано вплив матеріалу тари, в яку фасується вода, на розвиток мікробіологічних процесів. Встановлено, що посуд із нейтрального cкла не впливав на розвиток мікроорганізмів, і в даному випадку мікробіологічні процеси залежали тільки від хімічного складу води та умов зберігання. В той же час виявлено пригнічуючу дію тари-ПЕТ на розвиток бактерій у воді, що проявлялось у зменшенні на декілька порядків їх чисельності в порівнянні з кількістю мікроорганізмів у воді, що зберігалась у скляній тарі (рис. 3).

Умовні позначення: ряд 1 – ЗМО у воді, яка зберігалась в пластикових

бутлях;

ряд 2 - ЗМО в воді, яка зберігалась в cкляних бутлях.

Рис. 3 Кількісна характеристика мікроорганізмів у воді (ЗМО 220С,72 год.) при зберіганні в пластиковій та cкляній тарі протягом 1 місяця

Таке ж явище спостерігали при дослідженні кількості мікроорганізмів, які сорбувались на пластинах зі скла та ПЕТ-матеріалу, тобто на ПЕТ-пластинках було виявлено на декілька порядків менше бактерій, ніж на пластинках зі скла.

Проведеними дослідженнями також встановлено бактерицидний та бактеріостатичний ефекти при застосуванні похідних полігексаметилен-гуанідіну для обробки тари, яка використовується для фасування води. Це дає підставу для розробки тари, яка має бактеріостатичну активність.

Розділ 6. Розробка методики виявлення консервантів у фасованій питній воді. Розроблено мікробіологічний метод виявлення консервантів у питній воді, який дозволяє на протязі 14 діб спостережень судити про присутність консервантів.

Розділ 7. Дослідження динаміки утворення ендотоксинів під час зберігання води та можливої дії продуктів метаболізму на біологічні об’єкти. Отримані результати чітко свідчать про існування проблеми стосовно накопичення у фасованій воді ендотоксинів, що є проявом накопичення також інших продуктів розпаду клітин та продуктів метаболізму і необхідність її по-дальшого вивчення. Виявлена пряма закономірність залежності кількості бакте-ріальних ендотоксинів від ЗМО, які розвиваються при 220С за 72 год. (рис.4).

Умовні позначення: ряд 1 – ЗМО (370С-24 год.);

ряд 2 - ЗМО (220С-72 год.);

ряд 3 – бактеріальні ендотоксини

Рис. 4 Динаміка кількості бактеріальних ендотоксинів та ЗМО.

В той же час виявлені нестандартні проби, в яких не виявлено прямої залежності кількості бактеріальних ендотоксинів від ЗМО. В цих випадках можна припустити наявність сторонніх речовин, які за своєю хімічною структурою можуть давати позитивну реакцію в гель-тромбоутворенні. Підтвердженням цього припущення може слугувати той факт, що збільшення кількісних значень бактеріальних ендотоксинів, в цих нестандартних пробах припадав на четвертий та п’ятий місяць спостережень. Це не виключає можливості взаємодії продуктів деструкції, що виділяються з тари-ПЕТ, з іншими компонентами води конкретних марок, що впливало на умови утворення гель-тромбу. Разом з тим, отримано також результати при дослідженні ЗМО та бактеріальних ендотоксинів у воді, що зберігалась у скляній та тарі-ПЕТ, які не дають вагомої підстави однозначно говорити про вплив продуктів деструкції з тари-ПЕТ на реакцію гель-тромбоутворення (рис. 5). Виявлені факти мають наукове та практичне значення і потребують подальшого вивчення.

У високо забруднених пробах у мікробіологічному відношенні (ЗМО-370С - 24 год. від 840 до10 тис. КУО/см3; ЗМО - 220С - 72 год. від 2 тис. до 28 тис. КУО/см3 ) та з високою кількістю бактеріальних ендотоксинів (від 375 до 1800 виявлена токсична дія на біологічні об’єкти при біотестуванні:

Умовні позначення:

1, 2, 3 - проби води, які зберігались у пластиковій тарі;

4, 5, 6 - ті ж самі проби води, які зберігались у скляній тарі; | ряд 1- ЗМО (370С-24 год.);

ряд 2- ЗМО (220С-72 год.);

ряд 3 – бактеріальні ендотоксини.

Рис. 5 Порівняльна характеристика ЗМО та бактеріальних ендотоксинів

виявлено гостру токсичність для рослин та безхребетних організмів, а також цитотоксичні ефекти в клітинах рослин та в деяких пробах - в клітинах хребетних організмів. Цей факт дає підставу такий показник, як ЗМО, навіть в разі, коли він представлений тільки за рахунок аутохтонної сапрофітної гетеротрофної мікрофлори води, вважати важливим показником якості води, оскільки він може викликати небажаний вплив на здоров’я людини.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації на основі натурних та експериментальних досліджень вперше встановлені закономірності розвитку мікробіологічних процесів у фасованій питній воді без консервантів, встановлені головні фактори, що впливають на розвиток мікроорганізмів та умови стабілізації мікробіологічних процесів в цілях безпеки для споживачів.

2. Встановлено, що в 2002 р. - 32%, а в 2003 р. – 14,29% проб питної фасованої води, що реалізуються в Україні, не відповідали вимогам ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством”, з них за індексом БГКП - 16% проб в 2002 р., 10 % проб - в 2003 р. Отримані дані свідчать про необхідність розробки відповідних вимог до якості та виробництва фасованої води.

2. Встановлено, що у фасованій воді найбільшу активність мають сапрофітні гетеротрофні мікроорганізми, які розмножуються при 220С за 72 год. інкубації. Їх чисельність сягала десятків та сотень тисяч колоніє-утворюючих одиниць в 1 см3 у перші чотири місяці від дати виготовлення. Це може бути небезпечним для споживачів в епідемічному плані, оскільки в такій воді є умови для розмноження разом з сапрофітними також умовно-патогенних мікроорганізмів: E. coli, P. aeruginosa, C. albicans та інших. В експериментальних дослідженнях їх чисельність сягала десятків тисяч в 1 см3 води за перші 14 днів спостереження.

3. З досліджуваних проб виділено Alcaligines faecalis, Enterobacter agglomerans, Klebsiella, Aeromonas salmonicida ssp. masoucida/achromogenes, Pseudomonas stutzeri, Сandida glabrata, Candida famata, Stenotrophomonas maltophilia, Acinetobacter sp., Aspergillus niger, Penicillum regulosum та ін. Більшість з виділених штамів мікроорганізмів відносяться до умовно-патогенних. Зважаючи на здатність цих мікроорганізмів швидко розмно-жуватися у фасованій воді, це може становити загрозу здоров’ю людини.

4. Всі досліджені води на кінцевому етапі технологічного процесу проходили етап знезараження ультрафіолетовим (УФ) опроміненням, яке застосовується майже всіма вітчизняними виробниками. В той же час виконаними дослідженнями встановлена наявність в цих водах гетеротрофних мікроорганізмів на рівні десятків та сотень тисяч в 1 см3, що свідчить про неефективність УФ опромінення для знезараження даного виду води: мікроорганізмам притаманна як світлова, так і темнова реактивація, пролонгована в часі.

5. Доведена провідна роль органічних сполук азоту в розвитку мікробіологічних процесів, які активізувались незалежно від температури зберігання води в діапазоні 4-220С. Встановлена кореляція між кількістю мікроорганізмів у пробах води і концентрацією амонію (r = 0,98; p<0,01), нітритів (r = 0,98; p<0,01) та кремнію (r = 0,52; p<0,01), що вимагає застосування відповідних технологій водопідготовки, направлених, перш за все, на очистку від органічних сполук.

6. Встановлено, що при інтенсивному розмноженні мікроорганізмів у фасованій воді накопичуються десятки та тисячі міжнародних одиниць ендотоксинів в 1 см3 води, а також продукти метаболізму і розпаду мікроорганізмів, які можна оцінювати як фактор малої інтенсивності, який може мати хронічну токсичну дію на організм при тривалому споживанні води. Така дія виявлена при біотестуванні проб на рослинах, безхребетних та хребетних організмах. В пробах виявлена гостра токсичність для рослин та безхребетних організмів, цитотоксичні ефекти в клітинах рослин та в клітинах хребетних організмів. Отримані результати дають підставу вважати перспек-тивним подальше вивчення використання біотестування для оцінки можливої токсичної дії води на організм.

7. Виявлена пригнічуюча дія ПЕТ-тари на мікроорганізми у воді, що проявлялось у зменшенні на декілька порядків їх чисельності в порівнянні з кількістю мікроорганізмів у воді, що зберігалась у скляній тарі. Таке ж явище спостерігали при дослідженні кількості мікроорганізмів, які сорбуються на пластинах зі скла та ПЕТ-матеріалу. Це дозволяє рекомендувати у схему санітарно-гігієнічної оцінки виробів з полімерних сполук, які планується застосовувати у водопостачанні, включити в якості експрес-методу вивчення їх дії на гетеротрофні сапрофітні та умовно-патогенні мікроорганізми.

8. Показана можливість використання похідних полігексаметилен-гуанідинових сполук для обробки пляшок обо їх кришок, як прийом попередження розвитку мікроорганізмів у воді, що свідчить про можливість розробки тари, яка має бактеріостатичну активність.

9. Розроблено мікробіологічний метод виявлення консервантів у питній воді, який дозволяє на протязі 14 діб спостережень судити про присутність консервантів.

10. Вперше запропонована концепція розгляду фасованої води як моделі замкненого водного простору, в якому створюються сприятливі умови для розвитку мікробіологічних процесів: відносна стабільність хімічного складу, температури та тривалі строки зберігання. Стабільність умов заселення мікроорганізмів обумовлює закономірності розвитку мікробіологічних процесів, які полягають у зміні видового складу, зменшенні його різноманітності та отримання окремими видами екологічної переваги.

11. Виконаними дослідженнями показана неефективність технологій підготовки фасованої води без консервантів, що існують в Україні. Це вимагає впровадження сучасних прогресивних схем водопідготовки, розробки відповідних вимог до якості фасованої води та санітарно-гігієнічних умов її виробництва, які б забезпечували отримання води, стабільної за мікробіологічними показниками, обов’язкове введення в нормативну базу показника “визначення ЗМО при температурі інкубації 220С протягом 72 год.”, який повинен відповідати нормативу 100 КУО/см3 весь період заявленого терміну зберігання з метою отримання широким загалом споживачів води гарантованої якості.

Список основних праць, опублікованих за темою дисертації

1. Корчак Г.І., Горваль А.К. Якість бутильованої води за мікробіологічними показниками // Довкілля та здоров’я. – 2001. - №3 (18). – С.29 - 32. Дисертантом виконано аналіз літератури, всі експериментальні дослідження та проаналізовано представлений матеріал.

2. Горваль А.К. Аналіз якості фасованої питної води виробництва України з мікробіологічних позицій // Гігієна населених місць – Зб. наук. пр. – К., 2003. - Вип. 41. – С. 111-115.

3. Горваль А.К., Корчак Г.І, Русакова Л.Т. Вивчення впливу температури зберігання на динаміку мікроорганізмів у питній фасованій воді// Довкілля та здоров’я. – 2004. - №4 (31). – С.74 - 76. Дисертантом виконано аналіз літератури, проведено всі дослідження та виконано аналіз результатів, підготовлено матеріал до опублікування.

4. Горваль А.К. Аналіз якості фасованої питної води, яку споживає населення України, за мікробіологічними показниками // Медичні перспективи – 2005 - №1. – С. 108-112.

5. Качество фасованных вод и биологические методы их оценки / А.К. Горваль, Г.И. Корчак, В.В. Архипчук, В.А. Исламов// Социально-гигиенические и эпидемиологические проблемы сохранения здоровья населения и военослужащих. Науч. труды Федерального науч. центра гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана. - Вып. 11. - Москва, 2004. – С. 90-92. Дисертантом виконано аналіз літератури, проведено всі дослідження, окрім біотестування, підготовлено матеріал до опублікування.

6. Спосіб визначення консервантів у питній воді: Деклараційний патент № 6074, МПК 7 G01N33/18 / Корчак Г.І.,